(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、
光源からの光を第１の方向に送光する送光部と、
前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、
前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、
前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部と
を備え、
前記位置調整部は、
前記第１の方向をＺ軸とした場合のＺ座標を検出するＺ座標検出部と、
所定のＺ座標でＺ軸に直交するＸＹ座標における前記ずれの偏りを検出するＸＹ座標ずれ検出部と、
前記ＸＹ座標ずれ検出部が検出した前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをＸＹ座標上で相対移動させるＸＹ座標移動部と、
前記ＸＹ座標ずれ検出部により複数のＺ座標でＸＹ座標のずれの偏りを検出し、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを演算して偏り補正量を求める演算部と
を含み、
前記位置調整部は、測定前に、前記演算部により求めた前記偏り補正量だけ、前記ＸＹ座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させ、
前記演算部は、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを平均化して前記偏り補正量を求める
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に相対移動させるＺ座標移動部を更に備え、
前記位置調整部は、測定中に、前記Ｚ座標移動部が前記測定光学系と前記被測定物とを所定間隔で相対移動させる毎に、前記ＸＹ座標ずれ検出部によりずれの偏りを検出し、前記ＸＹ座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを前記ずれの偏りだけ相対移動させること
を特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の測定装置において、
前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、
前記基準位置は、前記検出部と共役な位置であることを特徴とする測定装置。
【請求項４】
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、
光源からの光を第１の方向に送光し、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に直交するＸＹ座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、
前記第１の方向をＺ軸として、所定のＺ座標でＺ軸に直交するＸＹ座標における前記ずれの偏りを検出し、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをＸＹ座標上で相対移動させて複数のＺ座標でＸＹ座標のずれの偏りを検出し、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを平均化して偏り補正量を求め、且つ、測定前に、求めた前記偏り補正量だけ前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させておく
ことを特徴とする測定方法。
【請求項５】
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、
光源からの光を第１の方向に送光する送光部と、
前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、
前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、
前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部と
を備え、
前記位置調整部は、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させる
ことを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項５の測定装置において、
前記第１の方向をＺ軸とし、Ｚ軸と直交するＸＹ座標とした場合において、
前記基準位置に対して、前記偏向された光の広がる方向は、ＸＹ平面上である
ことを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項６の測定装置において、
前記基準位置は、前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、且つ、前記基準位置は、前記検出部と共役な位置である
ことを特徴とする測定装置。
【請求項８】
請求項７の測定装置において、
前記送光部は、
所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第１の光制限部材と、
前記第１の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第２の光制限部材と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項９】
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、
光源からの光を第１の方向に送光する送光部と、
前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、
前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、
前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部と
を備え、
前記送光部は、
所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第１の光制限部材と、
前記第１の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第２の光制限部材と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
請求項９の測定装置において、
前記基準位置は、前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、且つ、前記基準位置は、前記検出部と共役な位置であることを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記第１の光制限部材および前記第２の光制限部材は、円形のスリットで構成したこと
を特徴とする測定装置。
【請求項１２】
請求項１１の測定装置において、
前記光源からの光を、前記第１の光制限部材により輪帯状の光量分布となるように変換し、前記第１の光制限部材により形成された輪帯状の光束の中点位置に前記第２の光制限部材を配置すること
を特徴とする測定装置。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記位置調整部は、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させる
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１４】
請求項１３の測定装置において、
前記第１の方向をＺ軸とし、Ｚ軸と直交するＸＹ座標とした場合において、
前記基準位置に対して、前記偏向された光の広がる方向は、ＸＹ平面上である
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１５】
請求項５から１２のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記位置調整部は、
前記第１の方向をＺ軸とした場合のＺ座標を検出するＺ座標検出部と、
所定のＺ座標でＺ軸に直交するＸＹ座標における前記ずれの偏りを検出するＸＹ座標ずれ検出部と、
前記ＸＹ座標ずれ検出部が検出した前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをＸＹ座標上で相対移動させるＸＹ座標移動部と
で構成されることを特徴とする測定装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の測定装置において、
前記位置調整部に、前記ＸＹ座標ずれ検出部により複数のＺ座標でＸＹ座標のずれの偏りを検出し、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを演算して偏り補正量を求める演算部を更に設け、
前記位置調整部は、測定前に、前記演算部により求めた前記偏り補正量だけ、前記ＸＹ座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させる
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の測定装置において、
前記演算部は、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを平均化して前記偏り補正量を求める
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の測定装置において、
前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に相対移動させるＺ座標移動部を更に設け、
前記位置調整部は、測定中に、前記Ｚ座標移動部が前記測定光学系と前記被測定物とを所定間隔で相対移動させる毎に、前記ＸＹ座標ずれ検出部によりずれの偏りを検出し、前記ＸＹ座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを前記ずれの偏りだけ相対移動させる
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１９】
請求項１から３及び請求項５から１８のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記被測定物の表面形状は、半径が異なる凹凸のある内部形状を有する
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２０】
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、
光源からの光を第１の方向に送光し、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に直交するＸＹ座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、
前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させる
ことを特徴とする測定方法。
【請求項２１】
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、
光源からの光を第１の方向に送光し、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に直交するＸＹ座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、
前記光源から前記第１の方向に送光される光は、所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第１の光制限部材と、前記第１の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第２の光制限部材とを介して送光される
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の中空形状を測定する測定装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の中空形状を非接触で測定する方法として、距離センサ法や斜入射光学系法などが知られている。例えば、距離センサ法は、中空内側にレーザ光を投光して物体を回転させながら反射光の変位を測定し、物体の中空形状を測定する方法である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３８８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術による距離センサ法は、物体の中空形状を一度に得ることができず、物体や光源を回転させる必要があり、装置が複雑になるだけでなく、精度面での問題もあった。
【０００４】
本発明の目的は、簡易な構成で複雑な演算を行うことなく、誤差の少ない高精度な中空形状の測定装置およびその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る測定装置は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、光源からの光を第１の方向に送光する送光部と、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記第１の方向をＺ軸とした場合のＺ座標を検出するＺ座標検出部と、所定のＺ座標でＺ軸に直交するＸＹ座標における前記ずれの偏りを検出するＸＹ座標ずれ検出部と、前記ＸＹ座標ずれ検出部が検出した前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをＸＹ座標上で相対移動させるＸＹ座標移動部と、前記ＸＹ座標ずれ検出部により複数のＺ座標でＸＹ座標のずれの偏りを検出し、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを演算して偏り補正量を求める演算部とを含み、前記位置調整部は、測定前に、前記演算部により求めた前記偏り補正量だけ、前記ＸＹ座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させ、前記演算部は、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを平均化して前記偏り補正量を求めることを特徴とする。
【０００９】
また、前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に相対移動させるＺ座標移動部を更に備え、前記位置調整部は、測定中に、前記Ｚ座標移動部が前記測定光学系と前記被測定物とを所定間隔で相対移動させる毎に、前記ＸＹ座標ずれ検出部によりずれの偏りを検出し、前記ＸＹ座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを前記ずれの偏りだけ相対移動させることを特徴とする。
また、前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、前記基準位置は、前記検出部と共役な位置であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る測定方法は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、光源からの光を第１の方向に送光し、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に直交するＸＹ座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、前記第１の方向をＺ軸として、所定のＺ座標でＺ軸に直交するＸＹ座標における前記ずれの偏りを検出し、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをＸＹ座標上で相対移動させて複数のＺ座標でＸＹ座標のずれの偏りを検出し、前記複数のＺ座標でのずれの偏りを平均化して偏り補正量を求め、且つ、測定前に、求めた前記偏り補正量だけ前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させておくことを特徴とする測定方法。
本発明に係る測定装置は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、光源からの光を第１の方向に送光する送光部と、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させることを特徴とする。
本発明に係る測定装置は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、光源からの光を第１の方向に送光する送光部と、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部とを備え、前記送光部は、所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第１の光制限部材と、前記第１の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第２の光制限部材とを備えることを特徴とする。
本発明に係る測定方法は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、光源からの光を第１の方向に送光し、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に直交するＸＹ座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させることを特徴とする。
本発明に係る測定方法は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、光源からの光を第１の方向に送光し、前記第１の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第１の方向に直交するＸＹ座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、前記光源から前記第１の方向に送光される光は、所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第１の光制限部材と、前記第１の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第２の光制限部材とを介して送光されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で、複雑な演算を行うことなく、中空筒状の被測定物の内側形状を高精度で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る中空形状測定装置１０１のブロック図である。中空形状測定装置１０１は、中空筒状の物体の内側の形状を所定の高さ毎に測定して断面形状を求め、求めた断面形状を高さ方向に合成することによって、物体の中空形状を立体的に構築する装置である。
【００１３】
中空形状測定装置１０１は、送光部１０２と、円形スリット１０３と、光制限スリット１０４と、照明レンズ１０５と、ハーフミラー１０６と、対物レンズ１０７と、円錐型ミラー１０８と、結像レンズ１１０と、撮像部１１１と、画像処理部１１２と、Ｚ軸駆動部本体１１３と、移動部１１４と、パソコン１１５と、Ｚ軸位置検出部１１９と、ＸＹ座標移動部１２０とで構成される。
【００１４】
移動部１１４は、ハーフミラー１０６に送光部１０２の光が入射する部分と、円錐型ミラー１０８の円周方向にあって被測定物１０９内側に挿入される移動部１１４の先端部分１１４ａはガラスなどの透明な部材でできている。また、移動部１１４は、土台（不図示）に固定されたＺ軸駆動部本体１１３によって、中心軸Ｃ１の方向に上下に駆動され、被測定物１０９の中空部分に移動部１１４の先端部分１１４ａが出入りして被測定物１０９の内側形状を測定する。尚、送光部１０２，円形スリット１０３，光制限スリット１０４，照明レンズ１０５，ハーフミラー１０６，対物レンズ１０７，円錐型ミラー１０８，結像レンズ１１０および撮像部１１１は、移動部１１４により支持され一体となって測定光学系を構成し上下に移動する。また、Ｚ軸位置検出部１１９は、移動部１１４のＺ軸方向の位置を検出して、ケーブル１２１を介して画像処理部１１２に出力する。さらに、ＸＹ座標移動部１２０は、被測定物１０９を載せる台座を構成し、ケーブル１２２を介して画像処理部１１２から指示されたＸＹ座標上の位置に移動する。特に、ＸＹ座標移動部１２０はＸ方向位置検出センサ１２０ａとＹ方向位置検出センサ１２０ｂとを有し、画像処理部１１２から指示されたＸＹ座標に被測定物１０９を正確に移動することができる。
【００１５】
送光部１０２から照射された光は、視野絞りに相当する円形スリット１０３のスリット１０３ａを通って光制限スリット１０４に入射される。光制限スリット１０４を光束が通る際に、光束の半分（光束の中心を示す一点鎖線１５４を中心とする例えば内側部分の光束１５１）が遮蔽され、照明レンズ１０５側には出力されない。
【００１６】
ここで、円形スリット１０３および光制限スリット１０４の形状について、図２を用いて詳しく説明する。図２（ａ）に示した円形スリット１０３は、送光部１０２から照射される光をリング状に透過するスリット１０３ａが設けられている。ここで、図１の光束の中心を示す一点鎖線１５４が円形スリット１０３の中央に位置するようにリング状のスリット１０３ａが配置されている。
【００１７】
一方、図２（ｂ）に示した光制限スリット１０４は、円形スリット１０３を透過した光束の半分を遮蔽して残りの半分を透過するリング状のスリット１０４ａが設けられている。光制限スリット１０４の特徴は、一点鎖線Ｃ２およびＣ３で示したように、リング状のスリット１０４ａの内径が光束の中心を示す一点鎖線１５４の位置に対応しているため、リング状のスリット１０４ａは光束の外側半分しか透過しない。尚、円形スリット１０３および光制限スリット１０４は、例えば、液晶板を用いてリング状に光を透過するように液晶を制御することで実現できる。或いは、ガラス板などに遮光部分を蒸着したり、透過部分をエッチングするなどの方法によっても構わない。また、遮蔽率により撮像部１１１の感度がかわる。
【００１８】
光制限スリット１０４で光束の半分を遮蔽された光は、照明レンズ１０５を通ってハーフミラー１０６に入射される。ハーフミラー１０６は入射する光の方向を変換して、対物レンズ１０７側に反射する。ここで、ハーフミラー１０６が反射する光の方向を第１の方向と定義すると、ハーフミラー１０６で第１の方向に反射された光は、対物レンズ１０７を介して円錐型ミラー１０８に送光され、円錐型ミラー１０８で第１の方向に略直交する全周方向に被測定物１０９の内側に向けて水平に照射される。水平に照射された光は、被測定物１０９の内側で反射して再び円錐型ミラー１０８に再び入射され、対物レンズ１０７側に反射された後、ハーフミラー１０６および結像レンズ１１０を通って撮像部１１１の受光面に結像される。尚、撮像部１１１の受光面と、視野絞りを構成する円形スリット１０３と、被測定物１０９を設置する基準位置とは光学的に共役の位置にあり、これらの３ヶ所で焦点が合う状態になっている。また、ハーフミラー１０６で反射したリング状の光束のリング中心と円錐型ミラー１０８の中心は一致している。
【００１９】
ここで、円錐型ミラー１０８の形状について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は円錐型ミラー１０８の斜視図、同図（ｂ）は上面図、同図（ｃ）は側面図をそれぞれ示している。ハーフミラー１０６を介して第１の方向に反射された光束の中心を示す一点鎖線１５４は、円錐型ミラー１０８の外側に傾斜したミラー部分１０８ａで第１の方向と略直交する方向に反射され、被測定物１０９の内側に照射される。この様子を詳しく描いたのが図１（ａ）である。光制限スリット１０４で遮光されずに透過した光束は、例えば、光束の中心を示す一点鎖線１５４から光束の外側を示す点線１５２の間にあり、円錐型ミラー１０８のミラー部分１０８ａで反射される。さらに、光束の外側を示す点線１５２は被測定物１０９で反射し、実線１５３で示すように、再び円錐型ミラー１０８で対物レンズ１０７の方向に反射される。つまり、被測定物１０９の内側で反射して戻ってくる光束も半分が遮蔽されたままであり、光束の中心を示す一点鎖線１５４から光束の外側を示す実線１５３の間にある。
【００２０】
この様子を図４を用いて説明する。図４は、図１の中空形状測定装置１０１の光学的な構成を描いた図で、図１と同符号のものは同じものを示している。送光部１０２は、光源１３０と、照明のＮＡを決める開口絞り１３１と、光源１３０の光を集光するレンズ１３２と、受光側のＮＡを決める結像絞り１３３とで構成される。尚、先に説明したように、撮像部１１１の受光面と、視野絞りを構成する円形スリット１０３と、基準位置における被測定物１０９のエリアとは光学的に共役の位置にあり、これらの３ヶ所で焦点が合う状態になっていることがわかる。図４において、光制限スリット１０４で光束の半分が遮蔽されているので、被測定物１０９から戻ってくる光束も半分が遮蔽され、斜線で示した光束の半分１６０は撮像部１１１には入射されない。
【００２１】
次に、撮像部１１１の受光面に結像される画像を構成する点の像について図５を用いて説明する。同図（ａ）は、光制限スリット１０４が無い場合に、被測定物１０９の内側のある点を撮像部１１１で撮影した時の様子を示した図で、測定位置において穴径が異なる場合の光束の広がり、つまり撮像部１１１におけるピントのずれ（画像のボケ）の変化を描いてある。ここで、被測定物１０９の内径によってピントがずれるが、合焦位置の内径を基準穴径と定義し、中空形状測定装置１０１の光学系は、この基準穴径でピントがぴったり合うように予め校正されているものとする。
【００２２】
同図（ａ）の４５１および４５１ａから４５１ｆは撮像部１１１で撮像される像を示しており、直線４０１で示した部分が基準穴径の場合を示し、直線４０１より紙面上側に向かって穴径が大きくなり、逆に紙面下側に向かって穴径が小さくなる。例えば、基準穴径を撮影した場合は、光束４５１のように画像のボケはないが、穴径が基準穴径より大きくなるに従って、光束４５１ａ，４５１ｂおよび４５１ｃのように光束が広がっていく。同様に、穴径が基準穴径より小さくなるに従って、光束４５１ｄ，４５１ｅおよび４５１ｆのように光束が広がっていく。つまり、光束の広がり量から基準穴径からのずれの大きさを計測することができる。ところが、この時の光束の広がり方は、穴径が大きくなっても小さくなっても基準穴径の合焦位置を通る軸Ｃ４の両側に同じように光束が広がるので、このままでは穴径が大きくなったのか小さくなったのか判別できない。
【００２３】
これに対して、本実施形態の場合は光制限スリット１０４によって被測定物１０９に照射する光束の半分を遮光しているので、穴径が異なる場合の光束の広がりの変化は図５（ｂ）のようになる。同図において、基準穴径を撮影した場合は、光束４５２のように画像のボケはないが、穴径が基準穴径より大きくなるに従って、光束４５２ａ，４５２ｂおよび４５２ｃのように光束が広がっていく。同様に、穴径が基準穴径より小さくなるに従って、光束４５２ｄ，４５２ｅおよび４５２ｆのように光束が広がっていく。ところが、図５（ａ）の場合とは異なり、光束４５２ａ，４５２ｂおよび４５２ｃの光束の広がり方は軸Ｃ４の紙面右側方向だけであり、同様に、光束４５２ｄ，４５２ｅおよび４５２ｆの光束の広がり方は軸Ｃ４の紙面左側方向だけである。つまり、軸Ｃ４の紙面右側方向にずれているか左側方向にずれているかによって、被測定物１０９の穴径が基準穴径より大きくなったのか小さくなったのかを判別することができる。画像処理部１１２は、この判別結果と光束の広がり量から基準穴径からのずれの大きさを計測し、被測定物１０９の内側形状が基準穴径に対してどれだけ大きいか或いは小さいかを求めることができる。
【００２４】
図５では撮像部１１１の受光面に結像された光束の様子について説明したが、被測定物１０９の穴の形状によって、撮影画像がどのように変化するかについて図６を用いて説明する。同図は撮像部１１１の受光面５０１に結像された画像の全体の様子を示しており、同図（ａ）は基準穴径を測定した時の画像で、基準穴径位置Ｃ６部分に結像される。同図（ｂ）は基準穴径より大きい穴を測定した時の画像で、基準穴径位置Ｃ６の外側にボケた画像が得られる。逆に、同図（ｃ）は基準穴径より小さい穴を測定した時の画像で、基準穴径位置Ｃ６の内側にボケた画像が得られる。尚、同図（ａ），（ｂ），（ｃ）では分かり易いように基準穴径位置Ｃ６の両側に少し離して像を示す斜線部分を描いてあるが、実際には基準穴径位置Ｃ６部分に重なる。例えば、基準穴径位置Ｃ６より大きかったり小さかったりする四角い内側形状を有する被測定物１０９を測定した場合は、同図（ｄ）で示すような画像が得られる。
【００２５】
このように、画像処理部１１２は、撮像部１１１の受光面に結像された画像データを受け取ると、光束が広がる方向から被測定物１０９の内側形状が基準穴径よりも大きいか小さいかを判別し、さらに広がった光束の中心またはピーク位置と基準穴径位置Ｃ６との距離から被測定物１０９の内側の径（形状）を求めることができる。例えば、図６（ｂ）の場合は広がった光束のピーク位置と基準穴径位置Ｃ６との距離Δｘ１を測定し、図６（ｃ）の場合は距離Δｘ２を測定して、被測定物１０９の穴径を求める。また、全周範囲を細分化（例えば１°〜２°毎）してそれぞれ径（形状）を求めて合成することにより複雑な形状の測定が可能となる。尚、実際の測定においては、基準穴径と大きさが異なる穴径が分かっている校正用の工具を用いて、広がった光束のピーク位置と基準穴径位置Ｃ６との距離Δｘと実際の穴径の差を予め測定しておき、距離Δｘと実際の穴径の差の変換テーブルを準備しておくのが好ましい。
【００２６】
次に、断面測定方法について説明する。図７（ａ）は受光面に結像している光リングを示している。まず、受光面の中心に仮中心を設定する。次に、その仮中心から、設定角度毎に放射方向の光強度を測定していく。光リングが結像している部分では光強度が強くなっている。このリング像の光量分布からリングの円周と定義する部分を算出する。
【００２７】
定義の方法はいくつかあり、例えば以下の方法が利用できる。
１）光量ピーク法：リングプロファイルのピーク位置周辺の光量分布の離散的なデータを近似式にフィッティングをおこない、そのピーク位置を算出する方法。
２）光量重心法：リングプロファイルのピーク位置周辺の光量分布の重心位置を算出する方法。
３）しきい値法：リングプロファイルのピーク位置から例えば３０％暗い位置に閾値を設定し、プロファイルと交わった位置の中間位置を算出する方法。
【００２８】
例えば上記の光重心法でそれぞれの方向における円周位置を求めていく。図７（ａ）では４５度毎に算出した場合を示しており、図７（ｂ）に示す光リングの円周点がポイント８点求まる。その後、これらのポイントから最小自乗法などの数学的手法を用いて、光リングの大きさやリングの中心を求める。さらに、光リングの大きさから直接被測定物の内径を算出することもできる。また、前述のように、基準リング寸法からの差分を算出することもできる。
【００２９】
ところが、図８（ａ）に示したように移動部１１４の中心軸ＣＡ１と、被測定物１０９の中心軸ＣＡ２とがＸＹ平面上でずれていた場合や、図８（ｂ），（ｃ）に示したように被測定物１０９の中心軸ＣＡ３がＺ軸方向に対して傾きを有する場合、或いは図８（ｃ）に示したように被測定物１０９の内側の形状がＺ軸方向に対してジグザグ状に傾きを有する場合では、図６で説明したように基準穴径位置Ｃ６に対して光束の広がる方向が対称的にならない。この様子について図９を用いて説明する。
【００３０】
図９は、基準穴径位置Ｃ６と同じ穴径の被測定物１０９を測定した時の光束の広がりを示したものであるが、移動部１１４の中心軸ＣＡ１と、被測定物１０９の中心軸ＣＡ２とがＸＹ平面上でずれているので、基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙに対して被測定物１０９の内側形状の中心座標Ｐｎｘｙとが偏芯したように像が広がる。基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙに対して被測定物１０９の内側形状の中心座標Ｐｎｘｙがずれていない場合は、図６（ｂ），（ｃ）で説明したように、被測定物１０９の内側形状の大きさに応じて円周上に均一に像が広がるが、基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙに対して被測定物１０９の内側形状の中心座標Ｐｎｘｙがずれている場合は、図９の斜線で示した部分のように円周上に均一に像が広がらず、ずれの偏りが生じる。この場合、点Ｑ１および点Ｑ２においては、基準穴径位置Ｃ６と被測定物１０９との内径がぴったりと一致するので、形成される像の輝度ＱＢは高くなるが、断面Ｓ１−Ｓ２で切り取った像の輝度ＳＢ１およびＳＢ２のように広がって分布する。
【００３１】
このように、移動部１１４の中心軸ＣＡ１と、被測定物１０９の中心軸ＣＡ２とがＸＹ平面上でずれている場合は、被測定物１０９の円周上の位置によって測定精度が異なってしまうので、正確な測定を行うことができない。尚、図８（ｂ），（ｃ）に示したように、被測定物１０９の中心軸ＣＡ３，ＣＡ４が移動部１１４の中心軸ＣＡ１に対して傾きを有する場合も同様である。
【００３２】
そこで、本実施形態では、移動部１１４の中心と、被測定物１０９の中心とのＸＹ平面上でのずれを補正するようになっている。次に、移動部１１４の中心と、被測定物１０９の中心とのＸＹ平面上でのずれについて図１０を用いて説明する。
【００３３】
図１０は、図８（ｂ）で説明したように、被測定物１０９の中心軸ＣＡ３が移動部１１４の中心軸ＣＡ１（Ｚ軸方向とする）に対して傾いている場合の様子を示している。図１０において、移動部１１４の中心軸ＣＡ１に対する被測定物１０９の中心軸ＣＡ３の位置ずれはＺ軸方向の位置に応じて変化する。例えば、位置Ｚ１では被測定物１０９の内側形状６０１のＺ軸に直交するＸＹ平面上の中心座標はＰ１ｘｙであるが、位置Ｚ２では被測定物１０９の内側形状６０２の中心座標はＰ２ｘｙとなり、基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとのずれは位置Ｚ１より大きくなる。同様に、位置Ｚ３では被測定物１０９の内側形状６０３の中心座標はＰ３ｘｙとなり、基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとのずれは位置Ｚ１よりさらに大きくなる。
【００３４】
次に、このような位置ずれを補正する場合の中空形状測定装置１０１の測定の流れについて、図１１のフローチャートを用いて説明する。尚、分かり易いように、位置ずれ補正に関係する処理を３００番台のステップ番号で示し、位置ずれ補正以外の処理を２００番台のステップ番号で示してある。
（ステップＳ２０１）先ず、被測定物１０９を移動部１１４の下にセットする。
（ステップＳ２０２）次に、移動部１１４のＺ軸方向の測定レンジ（移動範囲）やＺ軸方向の測定ピッチ（移動ピッチ）などの測定仕様をパソコン１１５から入力する。パソコン１１５で入力された測定仕様は、ケーブル１１８を介して画像処理部１１２に出力され、画像処理部１１２はケーブル１１７を介してＺ軸駆動部本体１１３に移動部１１４を送光部１０２等と共に測定開始位置に移動するよう指令する。
（ステップＳ３０１）位置ずれ大きさを仮測定する処理を行う。ここで、サブルーチン化された位置ずれ仮測定処理について、図１２を用いて詳しく説明する。
【００３５】
図１２は、位置ずれ仮測定処理のサブルーチンで、図１０で示したようにＺ軸方向のＺ座標毎に被測定物１０９の内側形状の中心座標を測定する処理である。
（ステップＳ３１１）移動部１１４の現在位置で送光部１０２から光を照射し、撮像部１１１で画像を撮影する。
（ステップＳ３１２）撮像部１１１で受光した画像をケーブル１１６を介して画像処理部１１２に出力する。
（ステップＳ３１３）画像処理部１１２は、ケーブル１２１を介して接続されているＺ軸位置検出部１１９から移動部１１４の現在位置（Ｚ座標）を読み取る。
（ステップＳ３１４）画像処理部１１２は、撮影した画像から被測定物１０９の内側形状の中心座標を測定する。尚、中心座標は、先ず図６および図７で説明したように被測定物１０９の内側形状を求め、内側形状の各辺からの等距離の位置或いは重心位置を中心座標として求めることができる。
（ステップＳ３１５）測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。例えば、移動部１１４が移動範囲の終了位置に達していない場合はステップＳ３１６に進み、終了位置に達している場合はステップＳ３１７に進む。
（ステップＳ３１６）移動部１１４を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までＺ軸方向に移動してステップＳ３１１に戻り、当該位置での位置ずれ仮測定を継続して行う。
（ステップＳ３１７）移動部１１４が設定されたＺ軸方向の移動範囲の終了位置に達すると位置ずれ仮測定処理のサブルーチンを終了して、メインルーチンに戻る。
【００３６】
図１１のステップＳ３０１の位置ずれ仮測定処理が終了すると、ステップＳ３０２の処理を行う。
（ステップＳ３０２）画像処理部１１２は、ステップＳ３０１の位置ずれ仮測定処理で測定したＺ座標毎の被測定物１０９の内側形状の中心座標から位置ずれ量を算出する。例えば、仮測定したＺ座標がＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎのｎ個であった場合、それぞれの被測定物１０９の内側形状の中心座標をＰ１ｘｙ，Ｐ２ｘｙ・・・Ｐｎｘｙとする。この場合のｎ個の中心座標の平均値を算出し、これを平均中心座標Ｐａｖｅｘｙとする。さらに、求めた平均中心座標Ｐａｖｅｘｙと基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの差分ΔｘｙをＸＹ座標上の位置ずれ量として算出することができる。尚、ここでは説明が分かり易いように、単純にｎ個のＺ座標毎の中心座標の平均値を求めたが、最小二乗法などの手法を用いても構わないし、Ｚ座標（高さ位置）によって重み付けを行うようにしても構わない。例えば、精度良く測定したい高さ位置で重み付けを大きくすることで、当該部分の測定精度を向上することができる。
（ステップＳ３０３）画像処理部１１２は、ステップＳ３０２で求めた基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの差分ΔｘｙだけＸＹ座標上の位置ずれを調整する。例えば、差分Δｘｙ（Δｘ，Δｙ）であった場合、画像処理部１１２は、ＸＹ座標移動部１２０に指令して、現在のＸＹ座標位置に対してＸ軸方向にΔｘだけ、Ｙ軸方向にΔｙだけ、それぞれ移動させる。
【００３７】
ここまでの処理で、ステップＳ３０２で求めた平均中心座標Ｐａｖｅｘｙと基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとが一致する位置に被測定物１０９が配置される。以降、位置ずれ調整された状態で、中空形状測定装置１０１の内側形状の測定を行う。
（ステップＳ２０３）移動部１１４の現在位置で送光部１０２から光を照射し、撮像部１１１で画像を撮影する。
（ステップＳ２０４）撮像部１１１で受光した画像をケーブル１１６を介して画像処理部１１２に出力する。
（ステップＳ２０５）画像処理部１１２は、図５および図６で説明したように、被測定物１０９の内径（形状）を求める。
（ステップＳ２０６）測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。例えば、Ｚ軸方向の移動部１１４が移動範囲の終了位置に達していない場合はステップＳ２０７に進み、終了位置に達している場合はステップＳ２０８に進む。
（ステップＳ２０７）移動部１１４を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までＺ軸方向に移動してステップＳ２０３に戻り、当該位置での測定を行う。
（ステップＳ２０８）移動部１１４が設定されたＺ軸方向の移動範囲の終了位置に達して測定を終了した場合は、被測定物１０９の内側の高さ（測定光学系との相対位置）毎の形状を求め、これらの形状を合成して中空形状データを作成する。
【００３８】
ここで、中空形状データの合成方法について、図１３を用いて説明する。図１３において、７０１から７０６は、Ｚ軸方向（高さ方向）にそれぞれ高さ（ｎ）から（ｎ＋５）まで所定ピッチ毎に可変した時の被測定物１０９の内側形状を示している。尚、図１０では分かり易いように内側形状は円で示してあるが、被測定物１０９によっては半径が異なる凹凸のある内側形状の場合もある。各高さ毎に内側形状７０１から７０６を合成することによって、被測定物１０９の中空形状データを求めることができ、この中空形状データから立体的な中空形状１０９ａを構築することができる。
【００３９】
さて、図１１のフローチャートに戻って説明を続ける。
（ステップＳ２０９）画像処理部１１２で作成された中空形状データは、ケーブル１１８を介してパソコン１１５に出力され、パソコン１１５の画面に表示される。
（ステップＳ２１０）必要に応じて、パソコン１１５では、キーボードやマウスを操作して、画面に表示されている被測定物１０９の任意の位置を指定して、画像処理部１１２から受け取った被測定物１０９の中空形状データから指定された各部の大きさや長さを表示する。
（ステップＳ２１１）全ての計測を終了する。
【００４０】
このように、本実施形態に係る中空形状測定装置１０１は、所定ピッチで移動部１１４を上下させながら、被測定物１０９の所定の高さ毎に基準穴径とのずれから内側形状を求め、高さ毎の内側形状を合成することによって物体の中空形状を立体的に構築することができる。特に、被測定物１０９の内側がＺ軸方向に対して傾斜している場合でも、傾斜の平均中心座標Ｐａｖｅｘｙと基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとが一致する位置に被測定物１０９が配置されるので、高い精度で被測定物１０９の中空形状を測定することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る中空形状測定装置１０１について説明する。本実施形態に係る中空形状測定装置１０１の構成は、図１に示した第１の実施形態に係る中空形状測定装置１０１と同じである。本実施形態と第１の実施形態との相違点は、被測定物１０９の内側形状の中心座標Ｐｎｘｙと基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの位置ずれの補正方法が異なることである。ここでは、第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００４２】
図１４のフローチャートは、本実施形態における中空形状測定装置１０１の測定の流れを示している。尚、第１の実施形態と同じ処理は同じステップ番号で示してある。また、本実施形態で異なる処理は４００番台のステップ番号で示してある。ステップＳ２０１，ステップＳ２０２，ステップＳ３０１までの処理は、第１の実施形態の図１１のフローチャートと同じである。つまり、被測定物１０９を移動部１１４の下にセットし、移動部１１４の測定レンジ（移動範囲）や測定ピッチ（移動ピッチ）などの測定仕様をパソコン１１５から入力する。さらに、位置ずれ大きさを仮測定する処理を行って、Ｚ座標毎に被測定物１０９の内側形状の中心座標を測定する。
【００４３】
（ステップＳ４０１）画像処理部１１２は、ステップＳ３０１の位置ずれ仮測定処理で測定した被測定物１０９の内側形状の中心座標から位置ずれ量をＺ座標を変数とする関数（位置ずれ関数ｆ（ｚ））を求める。例えば、任意のＺ軸位置（高さｚ）での基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの差分Δｘｙは、
差分Δｘｙ＝Ｒｘｙ−ｆ（ｚ）    ・・・（式１）
の式によって求めることができる。尚、位置ずれ関数ｆ（ｚ）は一次関数であるとは限らない。なお、一次関数で求まらない場合は高次関数としてもよく、Ｚ方向を分割して各分割エリア毎に一次関数としてもよい。
【００４４】
（ステップＳ４０２）ステップＳ２０２で設定された測定仕様に従って、画像処理部１１２は、ケーブル１１７を介してＺ軸駆動部本体１１３に移動部１１４を送光部１０２等と共に測定開始位置（初期位置）に移動するよう指令する。
【００４５】
（ステップＳ４０３）画像処理部１１２は、ケーブル１２１を介して接続されているＺ軸位置検出部１１９から移動部１１４の現在位置（Ｚ座標）を読み取る。読み取ったＺ座標をステップＳ４０１で求めた位置ずれ関数ｆ（ｚ）に代入して、現在位置での位置ずれ量を算出する。つまり、（式１）によって差分Δｘｙ（Δｘ，Δｙ）を求める。
【００４６】
（ステップＳ４０４）画像処理部１１２は、差分Δｘｙ（Δｘ，Δｙ）であった場合、画像処理部１１２は、ＸＹ座標移動部１２０に指令して、現在のＸＹ座標位置に対してＸ軸方向にΔｘだけ、Ｙ軸方向にΔｙだけ、それぞれ移動させる。この結果、基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙと高さｚでの被測定物１０９の内側形状の中心座標とが一致する（位置ずれ調整）。尚、画像処理部１１２は、位置ずれ調整した差分Δｘｙ（Δｘ，Δｙ）をＺ座標（高さ）に対応させて記憶しておく。
【００４７】
次のステップＳ２０３からステップＳ２０５までの処理は、第１の実施形態の図１１のフローチャートと同じである。
【００４８】
（ステップＳ４０５）図１１のステップＳ２０６と同様に、測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。移動部１１４が設定されたＺ軸方向の移動範囲の終了位置に達していない場合はステップＳ４０６に進み、終了位置に達している場合はステップＳ４０７に進む。
【００４９】
（ステップＳ４０６）図１１のステップＳ２０７と同様に、移動部１１４を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までＺ軸方向に移動する。処理後は、ステップＳ４０３に戻り、当該位置での位置ずれ量の算出を行う。
【００５０】
（ステップＳ４０７）移動部１１４が設定されたＺ軸方向の移動範囲の終了位置に達して測定を終了した場合は、被測定物１０９の内側の高さ（測定光学系との相対位置）毎の形状を求め、これらの形状を合成して中空形状データを作成する。
【００５１】
ここで、本実施形態における中空形状データの合成方法について、図１５を用いて説明する。図１５（ａ）において、７１１から７１６は、Ｚ軸方向（高さ方向）にそれぞれ高さ（ｎ）から（ｎ＋５）まで所定ピッチ毎に可変した時の被測定物１０９の内側形状を示している。尚、第１の実施形態の図１３では被測定物１０９の内側形状は斜めに傾いたまま測定されていたが、本実施形態では高さ毎に基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとのずれを調整して測定するので、図１５（ａ）に示したように、被測定物１０９の内側形状の傾きは補正されて、傾いていない状態の中空形状データが合成される。そこで、本実施形態ではずれ量を補正して合成する。画像処理部１１２は、ステップＳ４０４において位置ずれ調整した差分Δｘｙ（Δｘ，Δｙ）をＺ座標（高さ）に対応させて記憶しているので、図１５（ａ）の内側形状７１１から７１５のＸＹ座標上の位置をＺ座標毎に補正し、図１５（ｂ）に示すように、内側形状７２１から７２５のように、実際の被測定物１０９と同じになるように合成して表示する。尚、図１５では、内側形状７０６の中心座標は基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙと一致させて描いてある。
【００５２】
次のステップＳ２０９からステップＳ２１１までの処理は、第１の実施形態の図１１のフローチャートと同じで、ステップＳ４０７で合成された中空形状データが図１５（ｂ）のようにパソコン１１５の画面に表示される。
【００５３】
このように、本実施形態に係る中空形状測定装置１０１は、所定ピッチで移動部１１４を上下させながら、被測定物１０９の所定の高さ毎に基準穴径とのずれから内側形状を求め、高さ毎の内側形状を合成することによって物体の中空形状を立体的に構築することができる。特に、被測定物１０９の内側がＺ軸方向に対して傾斜している場合でも、高さ毎の測定時に被測定物１０９の中心座標Ｐｎｘｙと基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの位置ずれが一致するように被測定物１０９のＸＹ座標上の位置を調整するので、高さに依らず常に高い精度で被測定物１０９の中空形状を測定することができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る中空形状測定装置１０１について説明する。本実施形態に係る中空形状測定装置１０１の構成は、図１に示した第１の実施形態に係る中空形状測定装置１０１と同じである。本実施形態と第１の実施形態および第２の実施形態との相違点は、被測定物１０９の内側形状の中心座標Ｐｎｘｙと基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの位置ずれの補正方法が異なることである。ここでは、第１の実施形態および第２の実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００５５】
図１６のフローチャートは、本実施形態における中空形状測定装置１０１の測定の流れを示している。尚、第１の実施形態と同じ処理は同じステップ番号で示してある。また、本実施形態で異なる処理は５００番台のステップ番号で示してある。ステップＳ２０１，ステップＳ２０２までの処理は、第１の実施形態の図１１のフローチャートと同じである。つまり、被測定物１０９を移動部１１４の下にセットし、移動部１１４の測定レンジ（移動範囲）や測定ピッチ（移動ピッチ）などの測定仕様をパソコン１１５から入力する。
【００５６】
（ステップＳ５０１）図１４のステップＳ４０２と同様に、ステップＳ２０２で設定された測定仕様に従って、画像処理部１１２は、ケーブル１１７を介してＺ軸駆動部本体１１３に移動部１１４を送光部１０２等と共に測定開始位置（初期位置）に移動するよう指令する。
【００５７】
（ステップＳ５０２）図１２のステップＳ３１４と同様に、画像処理部１１２は、撮影した画像から被測定物１０９の内側形状の中心座標を測定する。
【００５８】
（ステップＳ５０３）図１２のステップＳ３０２と同様に、画像処理部１１２は、ステップＳ５０２で求めた被測定物１０９の内側形状の中心座標から位置ずれ量を算出する。
【００５９】
（ステップＳ５０４）図１２のステップＳ３０３と同様に、画像処理部１１２は、ＸＹ座標移動部１２０に指令して、ステップＳ５０２で求めた基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの差分ΔｘｙだけＸＹ座標上の位置ずれを調整する。この時点で、ステップＳ５０２で求めた被測定物１０９の内側形状の中心座標と基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとが一致する位置に被測定物１０９が配置される。尚、画像処理部１１２は、位置ずれ調整した差分Δｘｙ（Δｘ，Δｙ）を調整時のＺ座標（高さ）に対応させて記憶しておく。
【００６０】
次のステップＳ２０３からステップＳ２０５までの処理は、第１の実施形態の図１１のフローチャートと同じである。
【００６１】
（ステップＳ５０５）図１１のステップＳ２０６と同様に、測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。移動部１１４が設定されたＺ軸方向の移動範囲の終了位置に達していない場合はステップＳ５０６に進み、終了位置に達している場合はステップＳ５０７に進む。
【００６２】
（ステップＳ５０６）図１１のステップＳ２０７と同様に、移動部１１４を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までＺ軸方向に移動する。処理後は、ステップＳ５０２に戻り、当該位置での被測定物１０９の内側形状の中心座標を測定する。
【００６３】
（ステップＳ５０７）移動部１１４が設定されたＺ軸方向の移動範囲の終了位置に達して測定を終了した場合は、被測定物１０９の内側の高さ（測定光学系との相対位置）毎の形状を求め、これらの形状を合成して中空形状データを作成する。この時、図１４のステップＳ４０７と同様に、作成される中空形状データは、ステップＳ５０４で高さ毎に被測定物１０９の内側形状の中心座標のずれは補正されているので、図１５（ａ）に示すように、傾いていない状態の中空形状データが合成される。そこで、第２の実施形態と同様に、ずれ量を補正して合成する。画像処理部１１２は、ステップＳ５０４で位置ずれ調整した差分Δｘｙ（Δｘ，Δｙ）を調整時のＺ座標（高さ）に対応させて記憶しているので、図１５（ａ）の内側形状７１１から７１５のＸＹ座標上の位置をＺ座標毎に補正し、図１５（ｂ）に示すように、内側形状７２１から７２５のように、実際の被測定物１０９と同じになるように中空形状データを合成する。
【００６４】
次のステップＳ２０９からステップＳ２１１までの処理は、第１の実施形態の図１１のフローチャートと同じで、ステップＳ５０７で合成された中空形状データが図１５（ｂ）のようにパソコン１１５の画面に表示される。
【００６５】
尚、第３の実施形態では、ステップＳ５０２で位置ずれ調整のための仮測定を行って中心座標を求めた後、位置ずれを調整してからステップＳ２０３で被測定物１０９の内側形状を本測定するようにしたが、仮測定と本測定とを同時に行って、次の測定の位置ずれ調整量を予測するようにしても構わない。例えば、図１０の位置Ｚ１での測定時に、次に測定する位置Ｚ２の中心座標を予測し、Ｚ軸の移動と同時にＸＹ座標の移動も行って、次の測定位置Ｚ２で本測定を行う。予測方法は、例えば、最初の数点を測定して、その傾きから次の中心座標を予測することができる。予測処理を行うことで、仮測定が不要となり、移動部１１４をＺ軸方向に移動すると同時にＸＹ座標移動部１２０で位置ずれを調整するので、測定時間を短縮することができる。
【００６６】
このように、本実施形態に係る中空形状測定装置１０１は、所定ピッチで移動部１１４を上下させながら、被測定物１０９の所定の高さ毎に基準穴径とのずれを補正して内側形状を求め、高さ毎の内側形状を合成することによって物体の中空形状を立体的に構築することができる。特に、被測定物１０９の内側がＺ軸方向に対して傾斜している場合でも、高さ毎の測定時に被測定物１０９の中心座標Ｐｎｘｙと基準穴径位置Ｃ６の中心座標Ｒｘｙとの位置ずれが一致するように被測定物１０９のＸＹ座標上の位置を調整するので、高さに依らず常に高い精度で被測定物１０９の中空形状を測定することができる。
【００６７】
尚、各実施形態では、画像処理を行う画像処理部１１２と、中空形状測定装置１０１全体の操作や測定結果の表示を行うパソコン１１５とを別々に設けたが、パソコン１１５に画像処理部１１２のハードウェアおよびソフトウェアを内蔵するようにしても構わない。或いは、逆に画像処理部１１２に操作部や表示部を設けて、中空形状測定装置１０１専用の制御部としても構わない。
【００６８】
また、各実施形態では、ＸＹ座標移動部１２０で被測定物１０９を移動するようにしたが、移動部１１４側を移動するようにしても構わないし、被測定物１０９をＸ座標方向またはＹ座標方向に移動させ、移動部１１４をＹ座標方向またはＸ座標方向に移動させるようにしても構わない。つまり、被測定物１０９側と移動部１１４側とをＸＹ座標上で相対移動させる機構であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１，２，３の実施形態に係る中空形状測定装置１０１の構成図である。
【図２】中空形状測定装置１０１の円形スリット１０３および光制限スリット１０４の構成図である。
【図３】中空形状測定装置１０１の円錐型ミラー１０８の構成図である。
【図４】中空形状測定装置１０１の光学系を示す補助図である。
【図５】中空形状測定装置１０１の原理を説明するための補助図である。
【図６】中空形状測定装置１０１の原理を説明するための補助図である。
【図７】測定原理を説明するための補助図である。
【図８】被測定物１０９と移動部１１４との位置関係を説明するための補助図である。
【図９】位置ずれがある場合に形成される像の様子を示す説明図である。
【図１０】被測定物１０９の内側形状が傾いている場合の様子を示す説明図である。
【図１１】第１の実施形態に係る中空形状測定装置１０１の測定手順を示すフローチャートである。
【図１２】位置ずれ仮測定処理を示すフローチャートである。
【図１３】第１の実施形態に係る中空形状測定装置１０１で形成される中空形状データの合成を示す説明図である。
【図１４】第２の実施形態に係る中空形状測定装置１０１の測定手順を示すフローチャートである。
【図１５】第２，３の実施形態に係る中空形状測定装置１０１で形成される中空形状データの合成を示す説明図である。
【図１６】第３の実施形態に係る中空形状測定装置１０１の測定手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０１・・・中空形状測定装置；１０２・・・送光部；１０３・・・円形スリット；１０４・・・光制限スリット；１０５・・・照明レンズ；１０６・・・ハーフミラー；１０７・・・対物レンズ；１０８・・・円錐型ミラー；１０９・・・被測定物；１１０・・・結像レンズ；１１１・・・撮像部；１１２・・・画像処理部；１１３・・・Ｚ軸駆動部本体；１１４・・・移動部；１１５・・・パソコン；１１９・・・Ｚ軸位置検出部；１２０・・・ＸＹ座標移動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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